鈦合金材料在航空航天工件上的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2024-07-14
據(jù)飛機(jī)制造商反饋,現(xiàn)在使用鈦合金的工件比以往翻了二倍多。隨著鈦合金工件需求的增多,具有高耐溫性的ti6al4v合金、新興ti5553(ti-l-5mo3cr)材料,變得越來(lái)越重要了。
隨著鈦合金材料越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,刀具及其應(yīng)用技術(shù)也收到了更大挑戰(zhàn)。譬如航空航天工件的加工很有特點(diǎn):工件壁薄,形狀復(fù)雜;深型腔銑加工工藝多。另外再摩托車及醫(yī)療器械制造業(yè)中,鈦合金也常應(yīng)用在連接件等小型工件的制造。
以下三個(gè)因素嚴(yán)重影響鈦合金加工時(shí)的刀具壽命:非常低的熱傳導(dǎo)(ti6al4v=7.56w/mk;鋼ck45=51.9w/mk),相對(duì)較低的彈性模量(ti6al4v=110kn/mm2;鋼ck45=210kn/mm2)和鮮明的橡膠特性趨勢(shì)。切削刃主要集中在切削刃上,而不會(huì)像加工鋼件一樣被鐵屑帶走。由于切深相對(duì)較淺,所以在人口的很小區(qū)域上,必須能夠承載*的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。這就決定了必須采用冷卻液加工。較低的材料彈性模量非常容易引起震動(dòng),同時(shí)也具有鮮明的橡膠特性趨勢(shì),易使切削刃產(chǎn)生積屑瘤。所以切削速度必須大幅下降。
加工難題:ti5553
新材料ti5553的出現(xiàn)使加工變得更糟。ti6al4v是一種平衡的阿爾法-貝塔微晶體結(jié)構(gòu)合金(阿爾法=六角形微晶結(jié)構(gòu),貝塔=中央正方體微晶結(jié)構(gòu)),而ti5553則是一種接近于貝塔但更高階的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)不僅使合金更加耐熱,也使這種材料更加難以切削,并且ti5553抗位強(qiáng)度接近于900n/mm2。
對(duì)此,瓦爾特圓轉(zhuǎn)類刀具研發(fā)josefgiessler強(qiáng)調(diào):“專業(yè)的鈦合金加工需要優(yōu)化的刀具方案”。當(dāng)加工直徑在20~25mm/左右時(shí),通常會(huì)使用整體硬質(zhì)合金刀具。為減少震動(dòng)和降低積屑瘤的產(chǎn)生,刀具的設(shè)計(jì)極其重要,拋光的簽到面可以帶來(lái)的切屑去除,使用alcrn涂層,帶內(nèi)冷等都可以大大提高鈦合金加工的質(zhì)量和效率。
瓦爾特-普瑞特(walterprototyp)就已采用了這種解決方案:duoprotostarti40/ti45整體硬質(zhì)合金銑刀就具有上述特點(diǎn)。
在空客的一個(gè)項(xiàng)目中,ti40刀具使一個(gè)ti6al4v材料工件的加工壽命增加了2倍。zui高切削量達(dá)到了80cm3/分鐘(vc=25m/分鐘),并達(dá)到了hss-e刀具加工的直徑32mm。新一代的整硬刀具在25mm加工直徑的情況下,創(chuàng)造了一個(gè)*,達(dá)到了160~200cm3分鐘(vc=50-60m/分鐘)。對(duì)于hss整體銑刀而言,其發(fā)展已達(dá)到了相對(duì)的階段高點(diǎn)。
瓦爾特的專家對(duì)于加工ti5553進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),目的是確定新一代的刀具如何應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的加工。
此次使用的材料抗拉強(qiáng)度為1400n/mm2,布氏硬度在430.測(cè)試刀具為prostarti40,直徑為16mm,z=4.切削數(shù)據(jù)與ti6al4v相比,有了很明顯的下降。
ti5553材料的加工需要降低切削速度約50%(中等加工條件)。槽銑時(shí)降低的速度更多,而側(cè)面銑時(shí)降低的速度少些。大型加工時(shí)需要使用可轉(zhuǎn)為刀片在處理大型工件或金屬去除率較大的加工應(yīng)用中,需要使用大型刀具,如可轉(zhuǎn)為刀具??赊D(zhuǎn)為刀具這兩年和整體硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展極其相近,主攻方向也在如何加工難加工材料,即針對(duì)包含鈦合金材料的(iso-s)材料組上?,F(xiàn)在瓦爾特(walter)加工難加工材料的標(biāo)志產(chǎn)品是帶pvd氧化鋁涂層的tiger.tec®材質(zhì)(“pvd-tiger”)。另外兩種材質(zhì)(帶高耐磨涂層的wsm35和*人的wsp45)也已推向市場(chǎng)。
與pvd-tiger同期研發(fā)的另一項(xiàng)目,則是為了適應(yīng)航空工件的加工應(yīng)用-g77槽型的設(shè)計(jì),該槽型的設(shè)計(jì)同樣適用于鈦合金的加工應(yīng)用。其zui大特點(diǎn)是帶有一個(gè)20度的前角,且另有一個(gè)特殊微型槽型。siegfriedbohnet說(shuō):“我們現(xiàn)在正將多種技術(shù),比如tiger.tec®老虎技術(shù)、pvd涂層、高正型槽型和特殊的刀片圓角溶合在一起。”該技術(shù)將會(huì)形成一款新刀片adgt(適用于方肩銑刀,玉米銑刀)或者ro.x(圓刀片刀具)?,F(xiàn)在,這個(gè)系列的新產(chǎn)品已成為航空或者鈦合金加工應(yīng)用中的中堅(jiān)力量。
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